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1、应用电化学课程论文考核表论文题目：电镀的研究现状与应用得分要点要求分值得分论文格式格式是否符合要求；字数是否达到规定字数20分论文内容内容是否充实，结构是否合理，文字是否流畅40分原创性联系自身实际是否联系自身实际，是否为原创（不能抄袭）30分独创性是否具有自己的见解10分总得分电镀的研究现状与应用摘要：电镀就是利用电解原理在某些金属表面上镀上一薄层其它金属或合金的过程，是利用电解作用使金属或其它材料制件的表面附着一层金属膜的工艺从而起到防止腐蚀，提高耐磨性、导电性、反光性及增进美观等作用。本文着重介绍了合金电镀、复合电镀、脉冲电镀以及激光电镀的研究进展以及应用。关键词：合金电镀、复合电镀、脉
2、冲电镀、激光电镀1. 引言用电解原理在某些金属表面上镀上一薄层其它金属或合金的过程称为电镀。电镀是利用电解作用使金属或其它材料制件的表面附着一层金属膜的工艺从而起到防止腐蚀，提高耐磨性、导电性、反光性及增进美观等作用。电镀应用遍及各个生产和科技领域，电镀的开发最初是为了满足人们防腐和装饰的需要，近年来，随着现代工业和科学技术的发展，不断开发出新的工艺技术方法（例如激光强化电镀新技术、脉冲电镀非晶太合金），尤其是一些新的涂层材料和复合电镀技术的出现，例如金属与非金属的复合镀层，是电镀层从单纯的金属结构变为复合结构，提供了增强、抗磨、荧光、彩色、电磁等功能特性，大大的拓展了这项表面处理的应用领域，
3、并使其成为现代表面工程技术的重要组成部分。2电镀的原理与电镀液的组成及其作用 2.1电镀的原理 电镀的原理与电解精炼铜的原理是一致的。电镀时，一般都是用含有镀层金属离子的电解质配成电镀液；把待镀金属制品浸入电镀液中与直流电源的负极相连，作为阴极；用镀层金属作为阳极，与直流电源正极相连。通入低压直流电，阳极金属溶解在溶液中成为阳离子，移向阴极，这些离子在阴极获得电子被还原成金属，覆盖在需要电镀的金属制品上。简单来说，电镀指借助外界直流电的作用，在溶液中进行电解反应，使导电体例如金属的表面沉积一金属或合金层。1 2.2电镀液的组成及其作用 电镀液一般由一下几种成分组成：1析出金属的盐类；2与析出金
4、属形成络合物的成分；3提高镀液导电能力的附加盐类；4镀液稳定剂；5镀液缓冲剂；6可改变析出金属物性的成分；7阳极组溶剂；8添加剂。主盐是指镀液中能在阴极上沉积出所要求镀层金属的盐用于提供金离子子。镀液中主盐浓度必须在一个适当的范围主盐浓度增加或减少在其它条件不变时都会对电沉积过程及最后的镀层组织有影响。络合剂的作用：有些情况下若镀液中主盐的金属离子为简单离子时则镀层晶粒粗大，因此要采用络合离子的镀液。获得络合离子的方法是加入络合剂即能络合主盐的金属离子形成络合物的物质。附加盐是电镀中除主要盐外的某些碱金属或碱土金属盐类主要用于提高电镀液的导电性对主盐中的金属离子不起络合作用。缓冲剂是指用来稳定
5、溶液酸碱度的物质。这类物质一般是由弱酸和弱酸盐或弱碱和弱碱盐组成的能使溶液遇到碱或酸时溶液的pH值变化幅度缩少。阳极活化剂：镀液中能促进阳极活化的物质称阳极活化剂。阳极活化剂的作用是提高阳极开始钝化的电流密度从而保证阳极处于活化状态而能正常地溶解。添加剂是指不会明显改变镀层导电性而能显著改善镀层性能的物质。根据在镀液中所起的作用添加剂可分为光亮剂整平剂和抑雾剂等。3. 合金电镀合金电镀合金电镀是用电化学方法将两种以上的金属和非金属共沉积,兩種金屬要同時電鍍沉積必須電位很接近而且其中之金屬能單獨被沉積出來。若兩種金屬電位相差太多，可以用錯合劑使電未拉近，例如黃銅電的鋅和銅電位相差甚多，加上錯合劑
6、氰化鈉就使銅。合金电镀与单金属镀层相比，具有较高的硬度、致密性、耐蚀性、耐磨性、良好的磁性以及美丽的外观。电镀防护性的合金有锌镍、锌铁、锌钴等；装饰性合金如铜锌、锡铜等；耐蚀合金如铬镍、镍磷等。3.1合金电镀铁镍合金 镍铁合金是以节约镍为目的开发的, 镍铁合金做为一种降低成本的方法, 已广泛地应用于生活的各个领域, 可以电镀在钢、铜、铝、镀锌板、塑料以及粉末冶金基体之上。N i一Fe 合金电镀与电镀镍相比较具有以下几个特点:(1) 具有优良的整平作用, 镀层厚度比亮镍薄2 0 % 一4 0 % 可获得与镍层同样的整平作用。(2 )具有优良的延展性, 镀后可耐弯曲加工, 有韧性, 色泽比镍白。(
7、3 )薄的N i一Fe 合金薄膜抗蚀性能优于镍镀层。(4 ) 合金镀层的硬度高于镍镀层。(5 ) 镀液中金属离子浓度比较低, 故挂具带出镀液的损失小, 能节省金属镍1 5 % 一5 0 % 。(6 )N i一F e 合金电镀液的覆盖能力良好。N i一Fe 合金电析原理：由于副反应氢气的析出速度比氢离子扩散到电极表面的速度快, 使电极表面氢氧化物的产生与吸附成为可能, 抑制了镍的沉积; 面p H 值的变化, 促使氢氧根离子还原副反应的发生, 又阻碍了铁的析出。随电流密度的增加, 双电层中F e (O H )+ 的形成, 使氢的析出量增加, 阻碍了Fe 的还原速度, 因此, 在施镀电流密度范围内,
8、 合金镀层中F e 优先析出, 并随电流浓度的增加, 合金镀层中F e 含量减少, N i 含量增加。常采用N i一Fe 合金做为阳性, 搅拌方式有阴极旋转, 空气、氢气和超声搅拌。此外还包括稳定剂、光亮剂，常用的稳定剂是柠檬酸钠, 在镀液中能够与Fe 3 + 络合, 防止生成Fe( O H )3 沉淀, 一般用量在1 0 一1 0 0 9 /I 柠檬酸钠的浓度对沉积层中Fe 含量没有明显的影响, 有助于维持沉积率, 提高电流效率, 延长镀液的使用寿命。光亮剂, 目前常用的是糖精, 糖精具有降低张应力, 改变镀层结构, 由粗柱状转变为较细的柱状晶, 其添加量按应力值的大小确定,适宜的加人量在1
9、 一39 / I一。做为缓冲剂的硼酸, 具有阻止二价铁离子转变成三价铁离子的作用, 在N i一Fe 合金共沉积时, 增加沉积层中的Fe 的含量, 提高镀层的光亮性和产生粘附性好的表面。24.复合电镀复合电镀：在镀液中加入某些非金属或金属微粒，使这些微粒均匀分散在共沉积主体金属里的方法称为复合电镀。这种镀层具有高硬度、耐磨性、自润滑性、以及特殊装饰外观等不同性质。4、1复合电镀的特性复合电镀的特性：1、耐磨性复合镀层，把硬质的微粒嵌入基质金属中，形成硬度高、耐磨性好的复合镀层，降低摩擦件的摩损这类硬质微粒有二氧化硅、三氧化二铝、碳化硅、碳化钛等，基质金属有镍、铜、钴、铬和一些合金。这类镀层不仅有
10、好的耐磨性，同时也具有良好的抗高温能力，所以也有人称之为“金属陶瓷复合镀层“。2、自润滑减摩复合镀层：这类镀层是将固体润滑微粒，如石墨、氟化石墨、云母等用电镀的方法嵌在镍、铜、锡、铅等基质金属中得到。能形成热扩散合金的复合镀层：将金属微粉与金属共沉积，得到复合镀层，然后进行热处理，得到新组合的合金镀层。34、2复合电镀技术在摩托车铝合金缸体上的应用Ni-一SIC 复合电镀技术是在铝合金材料表面将SIC颗粒沉积在金属Ni 镀层中形成的一种复合镀层技术, 该复合镀层具有优良的耐磨性、热传导性, 润滑油附着能力强, 用Ni-SI C 复合镀层代替硬铬镀层, 可降低成本20 % 一30 % 具有良好的
11、经济实用性, 在摩托车发动机铝合金缸体制造上应用具有广阔的前景。Ni-S IC 复合电镀层由于固体微粒(SI C ) 嵌人镀层基体(N i) 金属后, 会阻碍其位错的移动和晶格的畸变, 所以镍基复合镀层的强度和硬度均高于镍层。N i-SIC 复合电镀层厚度为5 0 一2 00 料m 硬度为6 0 0 H V ,耐磨性比普通镍层高7 0 % 。通常耐磨性镍基复合镀层中固体微粒直径在1到15 纳米之间(用得最多的是1到6纳米), 而且固体微粒在镀层中最佳(耐磨性最好)含量为2 % 一16 % (面积比); 由于Ni-SI C 复合电镀层中镀层基体金属Ni 的热导率为3 26 (kJ / mh. K
12、 ) SIC 颗粒的热导率为3 14 一6 2 8 (kJ /m hK )。 因此该复合镀层具有良好的导热性能, 能及时传递发动机缸体热量, 避免由于缸体复合镀层导致发动机过热的故障。使用Ni-一SIC复合电镀技术处理过的铝合金缸体具有优越的耐磨性和传导性，良好地塑性和韧性，润滑油附着能力强，是目前铝合金缸体内表面强化技术的较佳方法之一，有广阔的发展前景；这种技术具有良好的经济使用性。455.脉冲电极 脉冲电镀是由脉冲电流对电极过程动力学的特效影响所决定的，其中最主要的是对传质过程中的影响。在直流电镀时，镀液中被镀出的金属离子在阴极表面附近溶液中逐渐被消耗造成了该处被镀金属离子与溶液中该离子的
13、浓度出现差别。这种差别随着使用的电流密度增高而加大。当阴极附近液层中的该离子的浓度降到0时，就达到了所谓的极限电流密度，传质过程完全受扩散控制。5、1脉冲电镀原理与特点脉冲电镀原理：脉冲电镀是使电镀回路周期性地接通和断开，或者在固定直流上再叠加某一波形脉冲的电镀方法，与普通电镀相比，这种方法具有镀层平整致密、附着性好，电流效率高、环保性能好等优点，在一般的研究和应用中，脉冲电镀所使用的脉冲方式可分为单向脉冲和双向脉冲两种。脉冲电镀的特点是: 峰值电流密度高, 能增大阴极极化, 得到纯净致密的镀层; 特别是带有负向脉冲电流脉冲电镀, 它能除去毛刺, 增加整平性, 消除氢脆等; 脉冲电镀还能降低浓
14、差极化, 提高电流密度总之, 脉冲电镀与直流电镀比较,在减少镀层的孔隙率, 增加结合力, 节省原材料以及对镀层的物理化学性能 等方面都有明显的影响此外, 采用脉冲电镀也能改善镀液的分散能力和深镀能力.脉冲电镀最初应用于贵金属方面, 在国外已应用于生产的包括: 金、银、镍、铜及扬铅合金。而其研究工作差不多在所有电镀金属方面进行。 5、2脉冲电镀镀层与直流电镀镀层的比较 脉冲电镀C u 一一S n 合金与直流电镀Cu 一一S n 合金镀层性能及结构的比较 1 . 镀层外观的比较脉冲电镀的试片较直流电镀的试片平整光亮, 无针孔毛刺, 色泽较好。这是因为脉冲电镀具有较高的冲击电流密度, 大大增大了阴极
15、极化, 从而使合金电沉积层致密平整. 2合金镀层中含S n 量的比较采用脉冲电镀所获镀层的含S n 量比直流电镀所获镀层的含Sn量有所增加这是由于脉冲电镀的瞬时峰值电流密度大, 大大增加了阴极极化, 有利干锡的析出, 特别是具有反极性的锯齿波脉冲电镀, 它能使镀面在受镀过程中始终保持活化状态, 从而改善了合金共沉积的条件, 提高了S n 的含量。 3对镀液分散能力的影响脉冲电镀C u 一一S n 合金镀液的分散能力高于相同条件下直流电镀C u 一一S n 合金镀液的分散能力。由于脉冲电镀峰值电流密度很大, 因而在远近阴极上的电流密度也相应增大, 对近阴极来说更大些, 将会产生H + 离子的放电
16、( 正常电镀时不会有这种现象) , 这就降低了近阴极的电流效率。相反, 在远阴极上析出合金的电流效率相对被提高, 因而改善了金属的分布, 亦即改善了镀液的分散能力。66. 激光电镀激光电镀是把激光用于常规电镀的新技术, 激光的引发作用使电化学反应大大增强, 电镀速率提高二至三个数量级激光具有极好的方向性, 用光学系统可使激光束聚焦成极小光点, 因此激光电镀的空间分辨率可以达到微米量级。6、1激光电镀的机理激光电镀的机理就是高能量密度激光束在阴极附近微小区域里产生的局部温升和微区搅拌所引起的电镀增强效应。激光束经过光学系统聚焦后能达到极高的功率(能量) 密度, 例如功率为IW 的氢激光器输出的光
17、束经过透镜聚焦成直径为几十微米的光点。受光照的阴极材料吸收激光能量后将使电解液-阴极界面附近的局部微小区域里的温度骤然升高而产生陡峭的温度梯度并在电解液中引起强烈对流从而搅拌了溶液。温升和搅拌造成局部区域里离子迁移率增加、阴极还原反应增强和平衡电位的正向漂移, 最后导致阴极受光照局部区域沉积速率的升高和电镀电流的增加。6、2激光电镀的应用 激光电镀应用于实际主要基于以下两种特征: 在激光照射区域的速度比在本体的电镀速度高得多。 激光的控制能力强, 可使材料的必要部分析出所需的金属量。普通电镀发生在整个电极基体上, 电镀速度慢, 难以形成复杂和精细的图案。采用激光电镀可把激光束调节到微米大小,
18、在微米尺寸上进行无屏蔽描图。对于电路设计、电路修复和在微电子连接器部件上的局部沉积, 这类型的高速描图愈来愈有实际意义。激光电镀除了可提高电镀速度外, 还可改善沉积层的质量。激光照射能提高成核的速度, 使结晶颗粒细小致密。激光产生的热效应也起局部清洁基体表面的作用, 因此在难镀的基体上能得到结合紧密的镀层。在微电路板上连接线路, 用激光增强电镀来桥联是很有效的。例如采用015 mol/ LCuSO4+ 0. 01 mol/ L H2SO4 电镀液, 在低过电位的条件下完成铜线的桥联工作。在低过电位区进行激光电镀的好处在于: 可避免或尽量减少在本体上的电镀; 沉积物质量优于在传质控制区内得到的镀
19、层。激光镀的桥具有低的电阻; 桥的宽度可以控制( 激光聚焦能使其宽度减小到2 Lm)随着电脑、微电子仪表工业的高速发展,微电子元件及大规模集成电路板需求激增。镀金以其高耐热、高电导和易焊接等优良性能在上述工业中得到了广泛的应用。在该领域中, 传统的镀金生产工艺是采用屏蔽再镀覆或全部镀覆后再刻蚀的方法。这些工艺不仅费工时, 而且浪费大量昂贵的金。人们一直寻求一种更经济的镀金技术, 激光增强电镀金因而应运而生。7.电镀刷 电刷镀是一项极其重要的工程材料表面处理技术,主要用于改善和强化金属材料工件的表面性质，使之获得耐磨损、耐腐蚀、抗氧化、耐高温等方面的一种或数种性能。在机械修理和维护方面，电刷镀广
20、泛地应用于修复因金属表面磨损失效、疲劳失效、腐蚀失效而报废的机械零部件，恢复其原有的尺寸精度，具有维修周期短、费用低、使用寿命长等特点，特别是对大型和昂贵的机械零部件的修复，经济效益更加显著。它不用电镀槽，只用着包套的阳极(俗称镀笔)，吸饱镀液，与工件(阴极)直接接触，在阳极与阴极的相对运动中，即可获得性能良好的镀层。操作时，先将直流电源调至一定的工作电压，再使镀笔的包套和工件接触，即可观察到工件上有金属镀层形成。镀层随刷镀时间的延长而逐渐增厚，直至所需的厚度。为了获得良好的镀层，刷镀前和一般电镀一样需对工件表面进行除油、去污等处理，最后还要精工修整等。在施镀过程中基体材料无变形，镀层均匀致密
21、与基体结合力强，是修复金属工件表面失效的最佳工艺。 电刷镀修复工件具有以下特点：（1）镀层性能好。修复工件一般是镀镍，具有硬度高，耐磨耐腐蚀特点。根据使用性能的要求可选用镍铬合金镀层或铟、铜、锡、锌等各种金属镀层，如工件表面镀铟可使工件具有极好的气密性；在模具表面刷镀镍铬合金可使模具硬度大大提高。（2）镀层与工件基体结合牢固。在刷镀之前使用数种溶液处理工件，使其表面洁净活化，沉积在工件表面的镀层与工件结合牢固，结合强度达200 N/mm(200 MPa)以上。较热喷涂、等离子喷涂层结合强度高。（3）沉积速度快。（4）工件不变形。（5）施工方便，容易掌握。8.结束语 二十一世纪我国将迈入知识经济
22、时代，我国的电镀技术要与国家经济建设同步发展，全体同仁要重视技术创新。技术创新的核心是科技，关键是人材。迈入二十一世纪，我们要提高电镀技术对经济增长的贡献率，要形成一个比较完善的电镀技术研究开发体系。今后若干年将会出现更多的以电镀为专业的公司，这些单位将派生出添加剂、基础化工和专业电镀设备的生产厂。技术成果商品化的趋势会更明显。更专业，特别是为电子电镀生产服务的电镀设备的研制、生产和供应将向更专业化、系列化方向发展。参考文献【1】张肇富.电池原理新学说.【期刊】兵工学报(防腐与包装分册.1983.08.29【2】张庆茂. 尹志阳;尚雅琴.Ni-Fe合金电镀.【期刊】试验技术与试验机.1998.05. 【3】唐致远;郭鹤桐. 复合电镀在国内的应用. 【期刊】电镀与环保. 1991-12-27【4】孟凡科;艾东斌，张鸿领;王献民. Ni-SiC复合电镀技术在摩托车铝合金缸体上的应用研究. 【期刊】摩托车技术. 2008-04-10【5】车承焕.复合镀技术的发展和应用. 材料保护. 1991, 24.( 9): 41【6】向国朴.王兆勇;张昌杰;刘志宽;闫西巧. 脉冲电镀CuSn合金. 【期刊】天津电镀. 1979-10-28